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gcc - 您如何解释 gcc 对 i386 的 IN、OUT 指令的内联汇编约束？

问题描述

据我所知，gcc 内联汇编中使用的约束告诉 gcc 输入和输出变量必须去哪里（或必须去哪里）才能生成有效的汇编。正如《精细手册》所说，“对操作数位置的限制”。

这是教程中的一个具体的工作示例。

static inline uint8_t inb(uint16_t port)
{
    uint8_t ret;
    asm volatile ( "inb %1, %0"
                   : "=a"(ret)
                   : "Nd"(port) );
    return ret;
}

inbIN是从 I/O 端口接收一个字节的 i386 指令的 AT&T 语法。

以下是该指令的规格，取自 i386 手册。请注意，端口号从0x0000到0xFFFF。

IN AL,imm8  // Input byte from immediate port into AL
IN AX,imm8  // Input word from immediate port into AX
IN EAX,imm8 // Input dword from immediate port into EAX
IN AL,DX    // Input byte from port DX into AL
IN AX,DX    // Input word from port DX into AX
IN EAX,DX   // Input dword from port DX into EAX

uint8_t x = inb(0x80);给定一个像汇编输出这样的语句，正确地是inb $0x80,%al. 它使用IN AL,imm8了指令的形式。

现在，假设我只关心IN AL,imm8表单，从介于两者uint8_t之间的端口接收 a 。这个和工作示例之间的唯一区别是现在是模板参数（使其有效地成为常量）并且约束是 now 。0x000xFFportuint8_t"N"

template<uint8_t port>
static inline uint8_t inb()
{
    uint8_t ret;
    asm volatile ( "inb %1, %0"
                   : "=a"(ret)
                   : "N"(port) );
    return ret;
}

失败！

我认为“N”约束意味着“你必须有一个恒定的无符号 8 位整数用于这条指令”，但显然它不是，因为它是一个“不可能的约束”。模板参数不是uint8_t常量无符号 8 位整数吗？

如果我用“Nd”替换“N”，我会得到一个不同的错误：

./test.h: Assembler messages:
./test.h:23: Error: operand type mismatch for `in'

在这种情况下，汇编程序的输出inb %dl, %al显然是无效的。

为什么这只适用于"Nd"anduint16_t而不是"N"and uint8_t？

编辑：

这是我在 godbolt.org 上尝试过的精简版：

#include <cstdint>

template<uint8_t N>
class Port {
 public:
  uint8_t in() const {
    uint8_t data;

    asm volatile("inb %[port], %%al"
                     :  
                     :  [port] "N" (N)
                     :  // clobbers
    );
    return data;    
  }
};

void func() {
    Port<0x7F>().in();
}

有趣的是，这很好用，除非您将 N 更改为 0x80 和 0xFF 之间的任何值。在铿锵声中，这会产生“128 超出约束 N 的范围”错误。这会在 gcc 中产生更一般的错误。

标签： gccx86g++inline-assemblyosdev

解决方案

根据约束的记录方式，您的代码应该按预期工作。

一年多后，这似乎仍然是一个错误。看来编译器正在从无N符号值转换为有符号值，并试图将其传递给内联汇编约束。当传递给约束的值不能表示为 8 位有符号值时，这当然会失败。假设输入约束"N"允许一个无符号的8 位值，并且应该接受 0 到 255 (0xff) 之间的任何值：

ñ

无符号 8 位整数常量（用于输入和输出指令）。

GCC 的 bugzilla有一个类似的错误报告，标题为“常量约束检查符号扩展无符号常量输入操作数”。

在其中一个相关线程中，建议您可以通过 ANDing (&) 0xff 到常量（即：）来解决此问题N & 0xff。我还发现静态转换N为更广泛的无符号类型uint8_t也有效：

#include <cstdint>

template<uint8_t N>
class Port {
 public:
  uint8_t in() const {
    uint8_t data;

    asm volatile("inb %[port], %0"
                     : "=a"(data)
                     :  [port] "N" (static_cast<uint16_t>(N))
                     :  // clobbers
    );
    return data;    
  }
};

void func() {
    Port<0x7f>().in();
    Port<0x80>().in();
//    Port<0x100>().in();    // Fails as expected since it doesn't fit in a uint8_t
}

要对此进行测试，您可以在Godbolt上使用它。

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